Лабораторная работа № 2 Режимы движения жидкости

Цель работы: наблюдение различных режимов движения жидкости в зависимости от заданных расходов.

Краткие теоретические сведения и основные расчетные формулы

В реальной жидкости известны два принципиально разных режима движения: ламинарный (слоистый, параллельно струйчатый) – частицы движутся параллельно стенкам трубы без перемешивания; турбулентный (беспорядочный, хаотический), в котором при общем поступательном движении отдельные частицы жидкости перемещаются по искривленным траекториям, что сопровождается перемешиванием и выравниванием скорости по поперечному сечению потока.

Величина средней скорости потока составляет:

_ср = 0,5_ось  для ламинарного движения;

_ср = (0,85…0,95)_ось  для турбулентного движения.

Характер движения жидкости в каждом отдельном случае определяется безразмерным эмпирическим коэффициентом (числом) Рейнольдса, который для напорного движения в круглых трубах определяется по формуле

, (2.1)

где  – средняя скорость потока, м/с;

D – диаметр трубы, м;

 – кинематическая вязкость жидкости, м²/с;

 – плотность жидкости, кг/м³;

 – динамическая вязкость, Пас.

Переход ламинарного режима в турбулентный соответствует критическому числу Рейнольдса, значение которого при движении напорного потока жидкости в круглой трубе принимается равным Re_кр = 2300.

Режим движения реальной жидкости ламинарный, если Re  Re_кр; жидкость движется в турбулентном режиме, если Re  Re_кр, при условиях, близких к критическим имеет место переходный режим.

Схема и описание лабораторной установки

Рис. 2.1. Лабораторная установка для изучения движения жидкости

В состав установки для наблюдения различных режимов жидкости (рис. 2.1) входят: смотровая труба из оргстекла 1, резервуар с краской 2, распределительные трубки 3, водопровод 4, поплавковый расходомер – ротаметр 5, регулирующий вентиль 6.

Порядок проведения опыта

Регулируя вентилем подачу воды, устанавливаем на ротаметре заданный расход. Цена одного деления на шкале ротаметра равна 10^5 м³/c. Открывая кран на трубопроводе, подводящем краску в трубу, наблюдаем движение струек окрашенной жидкости. Если струйки двигаются параллельно оси трубы, не перемешиваясь, то движение ламинарное. При турбулентном или переходном режиме движения наблюдается искривление траектории окрашенных струек жидкости, в конечном счете, окрашивается все поперечное сечение потока.

По заданным значениям расхода и площади поперечного сечения смотровой трубы определяем среднюю скорость потока и по формуле (2.1) рассчитываем числа Re. Результаты расчетов и наблюдений сводятся в табл. 2.1.

В выводах нужно отметить зависимость режима движения от числа Рейнольдса.

Таблица 2.1

Таблица основных расчетов и замеров

№ опыта	Число делений на ротаметре	Расход воды, м^3/с	Значение числа Re	Режимы движения
				наблюдаемый	расчетный
1
2
3
4

Выводы.